FR2473803A1

FR2473803A1 - Small motor permanent magnet rotor - has alternately stacked discs of trapezoidal cross-section magnetic material and permanent magnet discs(BR 27.7.81)

Info

Publication number: FR2473803A1
Application number: FR8000522A
Authority: FR
Inventors: Yvon Surchamp; Michel Lajoie-Mazenc; Bernard Trannoy
Original assignee: Jeumont Schneider SA
Current assignee: Jeumont Schneider SA
Priority date: 1980-01-10
Filing date: 1980-01-10
Publication date: 1981-07-17
Also published as: MX148449A; BR8008549A; FR2473803B1

Abstract

The rotor design optimises the structure for a maximum air gap field, reducing the internal impedance and increasing power. The design is based on the use of stacked discs of permanent magnet material (7) alternating with discs of some magnetic material (5,6) the dimensions of the latter being a function of the field it carries. The disc sections are trapezoidal, the two metal types providing complementary shapes to each other. The short edge of the trapezoidal magnetic material is set closest to the motor shaft (1). Alternatively, the axial cross-section of each magnetic material disc increases and decreases periodically w.r.t. the rotor surface such that the sum of the axial section surface of two consecutive discs is constant. The geometrical dimensions of at least one section of the discs are an increasing function of the magnetic induction in their constituent material.

Description

ROTORS A AIMANTS PERMANENTS POUR MACHINE DYNAttO-
ELECTRIQUE.PERMANENT MAGNET ROTORS FOR DYNAttO- MACHINE
ELECTRIC.

La présente invention concerne les machines dynamoélectriques et, plus précisemment, un rotor à aimants permanents pour une telle machine. The present invention relates to dynamoelectric machines and, more precisely, a permanent magnet rotor for such a machine.

Les rotors à aimants permanents sont généralement utilisés dans les machines dynamo-électriques de faible puissance et de petites dimensions dans lesquelles une optimisation du circuit magnétique n'est pas requis. Un tel rotor est exemple décrit dans le brevet britannique 1,437,348. Cependant, en vue d'utiliser une machine dynamo-électrique pourvue d'un rotor à aimants permanents comme moteur de traction par exemple associé à chaque bogie d'une motrice ferroviaire, il est nécessaire d'optimiser la structure du rotor pour atteindre une valeur maximale de l'induction dans l'entrefer de la machine de manière à diminuer son impédance interne en vue de la mise en oeuvre d'un dispositif de commutation électronique, et par suite à augmenter le rendement de cette machine. La présente invention a pour but une telle optimisation.Selon l'invention, le rotor étant constitué par un empilement sur son arbre de rondelles alternativement en matériau à aimantation permanente et en matériau magnétique, ces dernières étant solidaires d'épanouissements polaires. Rotors with permanent magnets are generally used in dynamo-electric machines of low power and small dimensions in which an optimization of the magnetic circuit is not required. Such a rotor is an example described in British patent 1,437,348. However, in order to use a dynamo-electric machine provided with a permanent magnet rotor as a traction motor for example associated with each bogie of a railway power train, it is necessary to optimize the structure of the rotor to reach a value maximum induction in the air gap of the machine so as to reduce its internal impedance for the implementation of an electronic switching device, and consequently to increase the efficiency of this machine. The object of the present invention is such an optimization. According to the invention, the rotor being constituted by a stack on its shaft of washers alternately of permanent magnetization material and of magnetic material, the latter being integral with polar expansions.

La dimension géométrique d'une section au moins des rondelles en matériau magnétique est une fonction croissante de l'induction magnétique dans ce matériau. The geometric dimension of at least one section of the washers made of magnetic material is an increasing function of the magnetic induction in this material.

Selon un premier mode de réalisation de l'invention, la section axiale des rondelles en matériau magnétique affecte la forme d'un trapèze dont la petite base est située du côté de l'arbre du rotor. Les rondelles en matériau à aimantation permanente ayant alors la section axiale complémentaire également en forme de trapèze mais de sens inverse. Selon un second mode de réalisation de l'invention, la surface de la section axiale de chaque rondelle en matériau magnétique croit et décroît de façon périodique régulière à sa périphérie, d telle manière que la somme des surfaces de la section axiale de deux rondelles en matériau magnétique consécutives reste constante. According to a first embodiment of the invention, the axial section of the washers made of magnetic material assumes the shape of a trapezium whose small base is located on the side of the rotor shaft. The washers made of permanently magnetized material then having the complementary axial section also in the shape of a trapezoid but in the opposite direction. According to a second embodiment of the invention, the surface of the axial section of each washer made of magnetic material increases and decreases periodically regularly at its periphery, so that the sum of the surfaces of the axial section of two washers in consecutive magnetic material remains constant.

Les deux modes de réalisation précédemment décrits peuvent également être combinés. The two embodiments previously described can also be combined.

L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, avantages et caractéristiques de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit de modes de réalisation, description à laquelle deux planches de dessins sont annexées. The invention will be better understood and other objects, advantages and characteristics thereof will appear more clearly on reading the following description of embodiments, a description to which two plates of drawings are appended.

La figure t représente schématiquement en perspective un rotor à aimants permanents. Figure t shows schematically in perspective a rotor with permanent magnets.

La figure 2 représente schématiquement, en demi-coupe axiale, le rotor conformément à un premier mode de réa- lisation d l'invention. FIG. 2 schematically represents, in axial half-section, the rotor in accordance with a first embodiment of the invention.

La figure 3 représente schématiquement le développement partiel de la circonférence du rotor lorsque les épanouissements polaires ont été ôtés, conformément à un second mode de réalisation de l'invention, et
les figures 4 et 5 représentent schématiquement en demi-coupe axiale selon les lignes respectives IV et V du rotor de la figure 3 lorsque le premier et le second modes de réalisation sont combinés.FIG. 3 schematically represents the partial development of the circumference of the rotor when the pole shoes have been removed, in accordance with a second embodiment of the invention, and
Figures 4 and 5 schematically show in axial half-section along the respective lines IV and V of the rotor of Figure 3 when the first and second embodiments are combined.

En référence maintenant à la figure 1, le rotor comprend un arbre 1. A sa périphérie, les épanouissements polaires 2,3 s'étendent parallèlement aux génératrices du rotor, et définissent alternativement des pôles de polarités opposées. Ces épanouissements 2,3 sont solidaires de rondelles en matériau magnétique empilées sur l'arbre t du rotor, et entre lesquelles sont intercalées des rondelles en matériau à aimantation permanente. Deux joues d'extrémités 4 en forme de disques, ferment le rotor. Referring now to FIG. 1, the rotor comprises a shaft 1. At its periphery, the pole shoes 2,3 extend parallel to the generatrices of the rotor, and alternately define poles of opposite polarities. These openings 2,3 are integral with washers of magnetic material stacked on the shaft t of the rotor, and between which are inserted washers of permanently magnetized material. Two end cheeks 4 in the form of discs, close the rotor.

Le matériau à aimantation permanente peut être favorablement constitué par une céramique de ferrite dure ou bien par un alliage à base de cobalt ou de lanthanides dont la perméabilité et voisine de 0 de manière à obtenir une valeur élevée du rapport de la réactance transversale à la réactance directe. Le matériau magnétique peut être constitué par de l'acier doux magnétique. The material with permanent magnetization can be favorably constituted by a hard ferrite ceramic or else by an alloy based on cobalt or lanthanides whose permeability is close to 0 so as to obtain a high value of the ratio of the transverse reactance to the reactance direct. The magnetic material can be constituted by magnetic mild steel.

Comme représenté plus clairement figure 2 où l'on voit, en demi-coupe axiale, un rotor conforme à un premier mode de réalisation de l'invention, une rondelle 5 en matériau magnétique sur deux consécutives est solidaire de l'épanouissement polaire 3 de manière à donner une polarité déterminée à l'épanouissement 3. As shown more clearly in Figure 2 where we see, in axial half-section, a rotor according to a first embodiment of the invention, a washer 5 of magnetic material on two consecutive is integral with the pole shoe 3 of so as to give a determined polarity to the flourishing 3.

De la même manière, deux rondelles consécutives 7 en matériau à aimantation permanente sont disposées de manière à définir des pôles de signes opposées comme illustré par les flèches 8 représentant symboliquement le vecteur induction magnétique. In the same way, two consecutive washers 7 of permanently magnetized material are arranged so as to define poles of opposite signs as illustrated by the arrows 8 symbolically representing the magnetic induction vector.

Des câles 9 peuvent être éventuellement prévues entre les rondelles 5,6 en matériau magnétique et l'arbre i du rotor ; de même un bourrage 10 peut éventuellement améliorer la liaison mécanique de l'ensemble lorsque le rotor tourne. Shims 9 may possibly be provided between the washers 5,6 of magnetic material and the shaft i of the rotor; similarly, a jam 10 can possibly improve the mechanical connection of the assembly when the rotor turns.

Pour atteindre une valeur optimale du flux magnétique par pôle, il faut que le chemin adopté par le flux soit favorable et, en particulier, que ni la rondelle 5 en matériau magnétique, ni l'épanouissement polaire au niveau de sa naissance 11 ne soient trop saturés. De ce fait, la dimension géométrique de la section axiale de cette rondelles 5 est en fonction croissante de l'intensité du flux magnétique, c'est-à-dire de l'induction. Elle affecte ainsi la forme d'un trapèze dont la petite base est située du côté de l'arbre 1 du rotor puisqu'a ce niveau l'induction est minimale tandis que la grande base est solidaire de la naissance il des épanouissements polaires 3 ou l'induction est maximale. To reach an optimal value of the magnetic flux by pole, it is necessary that the path adopted by the flux is favorable and, in particular, that neither the washer 5 made of magnetic material, nor the polar blooming at its birth 11 are too saturated. Therefore, the geometric dimension of the axial section of this washer 5 is an increasing function of the intensity of the magnetic flux, that is to say of the induction. It thus affects the shape of a trapezium, the small base of which is located on the side of the shaft 1 of the rotor since at this level the induction is minimal while the large base is integral with the birth of the pole shoes 3 or induction is maximum.

La section axiale des rondelles 7 en matériau à aimantation permanente affecte bien sûr la forme complémentaire d'un trapèze dont la grande base est située du côté de l'arbre 1 du rotor. The axial section of the washers 7 of permanently magnetized material of course affects the complementary shape of a trapezoid whose large base is located on the side of the shaft 1 of the rotor.

Selon un second mode de réalisation illustré par la figure 3 où est représenté partiellement le développement de la circonférence d'un rotor conforme à l'invention lorsque les épanouissements polaires ont été ôtés, les rondelles 7 en matériau à aimantation permanente effectent la forme de disques radialement ondulés. En effet, la section axiale de chaque rondelle 5,6 en matériau magnétique croît et décroît de façon périodique régulière en fonction de l'induction. Cette section a une surface maximale au niveau du pôle magnétique engendré, c'està-dire au point où l'épanouissement polaire, représenté en tirets sur la figure 3, doit être apporté, tandis que sa surface est minimale à l'opposé où l'induction est pratiquement nulle. Ainsi la somme des surfaces de la section axiale de deux rondelles 5,6 consécutives en matériau magnétique reste constante. According to a second embodiment illustrated by FIG. 3 where the development of the circumference of a rotor according to the invention is partially represented when the pole shoes have been removed, the washers 7 made of permanently magnetized material take the form of discs radially wavy. Indeed, the axial section of each washer 5,6 made of magnetic material increases and decreases in a regular periodic manner as a function of the induction. This section has a maximum surface at the level of the magnetic pole generated, that is to say at the point where the polar blooming, represented in dashed lines in figure 3, must be brought, while its surface is minimal opposite where l induction is practically zero. Thus the sum of the surfaces of the axial section of two consecutive 5.6 washers made of magnetic material remains constant.

Les deux modes de réalisation précédemment décrits peuvent être combinés comme illustré par les figures 4 et 5 qui représentent un rotor schématiquement en coupe axiale selon les lignes respectives IV et V de la figure 3. The two previously described embodiments can be combined as illustrated by FIGS. 4 and 5 which represent a rotor schematically in axial section along the respective lines IV and V of FIG. 3.

Figure 4, la coupe se situe au niveau où l'induction est minimale dans la rondelle 5 tandis que, figure 5, elle se situe au niveau où l'induction y est maximale. La forme de la section axiale de la rondelle 5 varie de façon continue sur toute la périphérie du rotor en fonction croissante de l'induction dans la rondelle, la rondelle 5 pouvant ainsi présenter une surface gauche.Figure 4, the section is located at the level where the induction is minimal in the washer 5 while, Figure 5, it is located at the level where the induction is maximum. The shape of the axial section of the washer 5 varies continuously over the entire periphery of the rotor as an increasing function of the induction in the washer, the washer 5 may thus have a left surface.

Bien que seuls certains modes de réalisation de l'invention aient été décrits, il est évident que toute modification apportée par l'Homme de l'Art dans le même esprit, ne sortirait pas du cadre de la présente invention. Although only certain embodiments of the invention have been described, it is obvious that any modification made by those skilled in the art in the same spirit, would not depart from the scope of the present invention.

En particulier, les sections représentées sur les figures ont des formes rectilignes mais des formes curvilignes pourraient avantageusement être adoptées. In particular, the sections shown in the figures have rectilinear shapes but curvilinear shapes could advantageously be adopted.

Claims

1.- Rotor for dynamo-electric machine constituted by a stack on the shaft of said rotor, of washers alternately of permanent magnetization material and of magnetic material, the washers of magnetic material being integral with polar expansions, characterized in that the geometric dimension of at least one section of said washers made of magnetic material is an increasing function of the magnetic induction in this material.

2.- Rotor according to claim 1 characterized in that the axial section of the washers made of magnetic material affects the shape of a trapezium whose small base is located on the side of the rotor shaft, the washers made of permanently magnetized material having a complementary axial section in the shape of a trapezoid in the opposite direction.

3.- Rotor according to claim 1 or 2 characterized in that the surface of the axial section of each washer made of magnetic material increases and decreases in regular periodic manner so that the sum of the surfaces of the axial section of two consecutive washers in magnetic material remains constant.

4.- Rotor according to claims 3 characterized in that the washers of permanently magnetized material affect the shape of radially wavy discs.

5.- Rotor according to any one of claims 1 to 4 characterized in that said permanently magnetized material has a permeability substantially equal to t0.